大家都知道磁鐵有兩個極性, 乙個是南極(s極) , 乙個是北極(n 極) , 硬碟正是利用磁粒子的極性來記錄資料的。碟片表面的那些磁粉就是磁粒子。碟片被劃分成若干個同心圓( 稱為磁軌),在每個同心圓的磁軌上就好像有無數的任意排列的小磁鐵, 當這些小磁鐵受到來自磁頭磁場的影響時,排列的方向隨之改變, 利用磁頭的磁力統一某區域小磁鐵的方向, 就可以使該區域磁場呈現相同極性, 如果把 s/n 兩種極性與二進位制中的 0和 1 對應, 就可以表示二進位制資料, 這些磁粒子都是永磁體, 即便磁頭離開, 它依然可以長時間保持形成的極性, 這樣就能達到儲存資訊的目的了。
磁頭在讀取資料時, 可以感應磁粒子的不同極性, 從而轉換成不同的電脈衝訊號, 利用解碼器將這些原始訊號翻譯出來, 就成為了電腦能使用的資料。在講解硬碟的儲存結構前, 有必要介紹一下下面幾個先導概念:
● 盤面: 每個碟片都有上、下兩面(side), 兩面都會用來儲存資料, 成為有效盤面( 也有個別硬碟碟片只用一面)。每個有效盤面都有乙個盤面號, 由上而下從「0」開始依次編號, 又因為每個有效盤面都對應乙個讀寫磁頭, 所以磁頭號等價於盤面號。
通常一塊硬碟有 3 個相同的碟片, 故磁頭號(盤面號)編號為 0 至 5。
● 磁軌: 碟片低階格式化時被劃分成許多同心圓, 這些同心圓稱為磁軌(track)。磁軌由外向圓心從 0 開始順序編號, 乙個盤面上通常有幾千條磁軌。
這裡要注意, 磁軌是看不見的, 它不過是盤面上被極化的一些磁化區, 但存有資料的磁碟在磁力顯微鏡下面能夠被識別出磁軌的軌跡。碟片旋轉時, 磁軌角速度相同, 但由於半徑不同, 其線速度不同。通常我們所說的 0 磁軌就是指的碟片有效區的最外圈。
● 柱面: 多個碟片時, 立體來看, 所有盤面上相同半徑的磁軌構成乙個圓柱, 稱做柱面(cylinder) , 所以一塊硬碟的柱面數等價於每個盤面的磁軌數。例如, 乙個三張碟片的硬碟, 0 柱面就是指的這三張碟片的 0 磁軌所構成的圓柱。
● 物理扇區: 低階格式化劃分磁軌的同時,每個磁軌又被劃分成若干段圓弧, 每段圓弧叫做乙個物理扇區(sector), 從 1 開始編號( 前面幾個概念都是從 0 開始編號), 目前行業標準裡, 一條磁軌常被分為 63 個物理扇區, 當然一條磁軌也可以分成更多或更少的扇區, 但一般應為奇數, 主要是出於考慮間隔因子( 也叫交叉因子) 的緣故, 限於篇幅, 這裡就不詳細介紹了。作業系統並不是在磁軌上連續的記錄資料, 而是以每個物理扇區中的資料作為乙個基本單元讀出或寫入, 所以扇區是硬碟讀寫資料的基本單位 ( 儲存資料的單位為「簇」, 屬於邏輯部分檔案系統中的內容, 這裡不討論)。
每個扇區包含兩個主要部分: 資料位址段和資料段, 正常情況下, 每個扇區包括 512byte 的資料和 4byte 其他資訊。
明確以上幾個概念後, 我們來看看硬碟是如何表示自己的空間的。硬碟在每個物理扇區的頭幾個位元組存放該扇區的 chs 編號, 這裡的 c、h、s 分別是柱面、磁頭、扇區三個英文單詞的首字母。也就是說, 在乙個硬碟的三維空間裡, 根據前面的編號規則, 我們只要知道了這個物理扇區所在的柱面、磁頭和扇區的編號, 就可以確定它的唯一位置, 還可以通過他們的值來計算整個硬碟的總容量。
計算公式如下:
磁碟容量=柱面數×每柱面磁軌數×每磁軌物理扇區數×每物理扇區扇區位元組數
例如: 一塊硬碟有 3 張鋁合金碟片, 碟片兩面都儲存資料, 每一面都被低階格式化為 2048條磁軌, 而每條磁軌被分割為 63 個物理扇區, 每個物理扇區可儲存 512 個位元組, 則這塊硬碟的總容量為: 2048×6×63×512=396361728 個位元組, 約378mb ( 該例中①相關引數並非實際硬碟引數,只是為了說明原理; ②這裡假設一簇只包含乙個
扇區。特此說明。)
目前, 硬碟的容量可達到幾百個 gb, 而資料儲存的級別達到了 tb 級。對於計量的單位, 這裡有必要說明一下, 1bit 即儲存 0 或 1 的乙個二進位制位, 1byte 指乙個位元組, 常用換算關係如下:
關於硬碟容量, 我們時常會遇到這樣的問題:為什麼同一塊硬碟, 有時顯示 60gb, 有時卻只有56gb? 這是計量單位不統一造成的, 作業系統進行統計的時候 1kb=1024byte, 但硬碟生產廠商在計算硬碟容量時用 1kb=1000byte 來計算, 這就造成了上述問題, 並不是硬碟中空間丟失, 或是犯罪分子把空間隱藏了。
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